Die Erfindung betrifft Presse mit einem direkt angetriebenen Kurbeltrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Fertigungsmaschinen mit einem reversierenden Stößel weisen in der Regel einen motorischen Antrieb und einen Kurbeltrieb auf, der die

Rotationsbewegung des Antriebes in eine lineare und reversierende

Bewegung umwandelt. Üblicherweise werden derartige Fertigungsanlagen als Pressen zum Umformen oder Schneiden von Werkstücken verwendet. Insbesondere die Automobilindustrie benötigte Pressenstraßen, bestehend aus mehreren nacheinander angeordneten Pressen und zugehörigem

Transportsystem, um beispielsweise aus einfachen angelieferten Coils (Flachbandrollen aus Metall) komplizierte Geometrien, wie Kotflügel,

Fahrzeugtüren, Katalysatorhüllen und vieles mehr zu fertigen.

Insbesondere schnell laufende Pressenanlagen werden als mechanische Pressen wie oben dargestellt ausgeführt.

Im Stand der Technik haben sich vielerlei unterschiedliche Terminologien eingebürgert, so dass im Zuge dessen einige verwendete Begriffe erklärt und deren bekanntesten Synonyme ohne Anspruch auf Vollständigkeit dargelegt werden. Ein Kurbeltrieb, ist gemäß der Erfindung ein Antrieb, der eine Rotationsbewegung (von einem Motor) in eine Linearbewegung umformen kann und findet in der Fachliteratur auch als Exzenterantrieb oder

Schubkurbelantrieb oder dergleichen seinen Niederschlag. Wie oben ausgeführt ist die Hauptaufgabe des Kurbeltriebes die Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung, wobei eine Exzenteroder wie im weiteren Verlauf eine Kurbelwelle verwendet wird. Auf der Kurbelwelle findet sich ein außerhalb der Rotationsachse der Kurbelwelle gelagerter Exzenter- bzw. im weiteren Kurbelzapfen, an dem in der Regel ein Schubgestänge, im weiteren Pleuelstange genannt, angeordnet ist.

Der Kraftfluss des Antriebs kann vom kleinsten Möglichen Nenner des Kurbeltriebs, einer Kurbelwelle und einem Kurbelzapfen, bis hin zu einem Stößel über mehrere Stationen wie Schubkurbeln, Gelenktriebe, u. a. oder auch nur einer Pleuelstange laufen.

Weiter steht der Begriff Pressenrahmen für das tragende Gestell der Presse. Im Sinne der Erfindung sind davon alle Pressengestelle in ihren möglichen Ausführungsformen umfasst, wie zum Beispiel gebaute Pressenrahmen aus mehreren Einzelteilen (Querhaupt oben und unten, Seitenständer) wie auch Pressenrahmen in Fensterrahmenkonstruktion.

Direktantriebe und Servopressen zeichnen sich dadurch aus, dass durch die Verwendung, vorzugsweise von Gleichstrommotoren, über einen

Pressenhub (OT - UT - OT) verschiedene Geschwindigkeitsgradienten einstellen lassen. Auch ein Pendelhubbetrieb ist möglich ohne eine immerwährende Gefahr der Überlastung von komplizierter Zahnradgetrieben, sofern diese vorhanden sind.

Aus DE 28 40 710 ist ein Antriebssystem für eine Umformmaschine bekannt geworden, dass einen Direktantrieb für ein Antriebssystem einer Presse zeigt. Dabei wird der Wellenausgang des Direktantriebes noch über ein Getriebe übersetzt, bevor die Antriebskraft über die Welle auf eine

Kurbelscheibe und schließlich auf einen Kurbelzapfen übertragen werden kann.

Aus DE 102 60 127 A1 ist ebenfalls ein Direktantrieb bekannt geworden, der außenseitig an einer Welle angeflanscht ist und seine Antriebskraft ohne die Zuhilfenahme eines Übersetzungsgetriebes direkt an die Kurbelwelle abgibt.

Alle diese Offenbarungen zeigen den gravierenden Nachteil, dass der Motor über eine Kupplung oder durch direktes aufsetzen auf die

Hauptantriebswelle (Flansch, Spannsatz oder Vielkeilwelle) mit der

Hauptantriebswelle verbunden werden muss. Gerade bei großen Kräften in Großpressen limitieren diese Welle-Naben-Verbindungen die Möglichkeit eine Presse auch bei hohen Kräften kleiner und insbesondere mit einem geringen Trägheitsmoment auszulegen. Auch sind diese Verbindungen extrem anfällig für Wechsellastbetrieb, beispielsweise bei einem Pendelhub, und für Störfälle. Eine Überlastsicherung für einen Störfall (klassischer Fall ist ein in der Presse zu liegen kommendes Werkstück aus zwei Platinen) muss so ausgelegt sein, dass die Welle-Naben-Verbindungen bei einem Störfall nicht geschädigt werden. Das reduziert aber wiederum die

Dauerbelastbarkeit der Überlastsicherung, die bei stark belasteten Pressen bei schlechter oder falscher Dimensionierung auch im Normalbetrieb auslöst. Weiter ist von Nachteil, dass der Motor außerhalb der tragenden Strukturen der Presse respektive des Pressenkopfes angeordnet ist und entsprechende Probleme beim Bauraum, beim Lärmschutz und bei der Steifigkeit des Antriebssystems mit sich bringt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Presse zu schaffen, die die bisher bekannten Antriebsstränge in einer Presse im Bereich der Steifigkeit, des Kraftflusses und Dauerbelastbarkeit optimiert. Weiter soll eine Presse, insbesondere eine Großpresse mit hoher Tonnage, geschaffen werden, die im Antriebsstrang auf eine hohe bewegte Masse im Bereich der Kurbelwelle verzichten kann und damit auch für einen Pendelhub geeignet ist.

Gleichzeitig wird der notwendige Bauraum der Presse mit einem

Direktantrieb wesentlich optimiert und verkleinert und es lassen sich einfache Maßnahmen zur Geräuschdämmung des Antriebsstranges durch Kapselung des im Wesentlichen zum Kurbeltrieb angrenzend verbauten Motors verwirklichen.

Die Lösung der Aufgabe für eine erfindungsgemäße Presse findet sich im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau ergeben sich die folgenden Vorteile: Die Presse kann, insbesondere bei einer Anordnung des Direktantriebes innerhalb der Tragstruktur (Pressenrahmen) mit einer kurzen Baulänge ausgeführt werden, was insbesondere bei Servopressen in Pressenstraßen für die Herstellung von Großkarosserieteilen von Vorteil ist. Um die

Transportwege zwischen den Pressen möglichst kurz zu halten, müssen die Pressen dicht hintereinander stehen. Je kürzer der Abstand, je schneller die Transferzeiten. Großpressen sind meist mit vier Druckpunkten

(Pleuelstangen- oder Gelenkgetriebeanbindungen) am Stößel ausgeführt. Die Abstände quer und längs zwischen den Druckpunkten respektive der Pleuelstangen, kann nicht beliebig gewählt werden, sondern muss nach Gesichtpunkten im Hinblick auf die Reduzierung der Stößeldurchbiegung gewählt werden. Somit kann sich beispielsweise in Durchlaufrichtung (=Achsrichtung der Hauptantriebswelle) der Presse ein Pleuelabstand von 1.800 mm ergeben. Die Länge des Pressenkopfes in Durchlaufrichtung wird somit durch den Pleuelstangenabstand und den notwendigen Aufbau der Hauptlager und Tragstrukturen bestimmt.

Durch die Vorteile durch die Erfindung zeigt sich in diesem Zusammenhang auch eine verbesserte Steuerungs- und Regelungstechnische Qualität des Systems. Durch die hohe Steifigkeit des Antriebssystems und die genau einstellbare Momenten- und Winkelpositionsregelung des Motors ergeben sich keine messbaren Abweichung zwischen zwei Kurbelzapfen und damit an den Pleuelstangen an einer Kurbelwelle. Die Prozessdaten können zusätzlich unmittelbar erfasst werden. Die Presse weist durch den

Direktantrieb keine zusätzlichen mechanischen Übertragungsglieder (z.B. Getriebestufen) auf. Die am Motor gemessenen Parameter wie Drehzahl, Drehmoment und Winkellage, kann ohne Fehler in Stößelgeschwindigkeit, Presskraft und Stößelposition umgerechnet werden. Verfälschungen durch Reibverluste oder Torsion, Zahnflankenspiel etc. sind hervorragend eliminiert.

Permanentmagnetmotoren, insbesondere bei einer hohen Antriebsleistung, haben einen recht hohen Geräuschpegel. Durch den Einbau in den

Pressenkopf, kann durch relativ einfache Maßnahmen, die

Geräuschemissionen einfach reduziert werden, z.B. durch Verschließen des Pressenkopfes an der Ober- und Unterseite.

Auch verbessert sich der Gesamtwirkungsgrad der Presse deutlich, da wesentlich weniger unbenutzte Kräfte durch die Torsion oder die

Momentenaufnahme in den Lagern bei einer fliegenden Lagerung des Motors auftreten. In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann der Stator des Direktantriebes im Pressenkopf abgestützt und/oder mit einer

entsprechenden Drehmomentenstütze versehen werden. Gegenüber einem konventionellen Direktantrieb, hat der Motor somit keine eigene Lagerung und die Lagerung des Rotors innerhalb des Stators wird durch die

Hauptlagerung der Kurbelwelle mit übernommen. Dadurch fallen keine zusätzlichen Verluste mehr an. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, insbesondere bei Großpressen hoher Tonnage, wird der Direktantrieb auf den tragenden Teil der Kurbelwelle gesetzt, d.h. er befindet sich zwischen den Presskraft aufnehmenden Hauptlagern des mechanischen Antriebs. Vorzugsweise befindet sich der Motor dann auch zwischen den haupttragenden

Tragstrukturen (zumindest zwei Pressenrahmen der Presse) und

konzentrisch zu der Hauptantriebswelle (Kurbelwelle). Die Pleuelstangen, bzw. bei Gelenkantrieben die Schwenkhebel die zur Pleuelstange führen, können sich hierbei entweder links und rechts vom Motor und somit zwischen Motor und Hauptlager (Tragstruktur des Pressenkopfes) oder einseitig zwischen Motor und einem der Hauptlager befinden

Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden

Beschreibung mit der Zeichnung hervor.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer mechanischen Presse mit einem

Pressenrahmen und einem Pressentisch, wobei im oberen Bereich der Presse, im Kopfbereich, das Antriebssystem, bestehend aus zwei Kurbeltrieben mit jeweils einer Kurbelwelle, einem Kurbelzapfen und einer mit einem Stößel wirkverbundenen

Pleuelstange, Figur 2 eine weitere Ausführungsform in Seitenansicht nach Figur 1 , wobei hier ebenfalls zwei Pleuelstangen auf einem Stößel angeordnet sind, wobei diese getrennt voneinander über einen Kurbeltrieb angetrieben werden, wobei die Kurbelwelle durch eine Steckachse ersetzt ist und ein Exzenterrad mit direkt daran angeordnetem Motor trägt,

Figur 3 eine weiteres Ausführungsbeispiel des Pressenantriebes in

Seitenansicht nach Figur 2, wobei der Motor auf einer Kurbelwelle zwischen zwei Kurbelzapfen angeordnet ist,

Figur 4 eine schematische Ansicht einer bevorzugten

Reaktionskompensation zweier angetriebenen Kurbelwellen mit einer Lagerung des Motors auf der Kurbelwelle,

Figur 5 eine Seitenansicht nach Figur 4 zur Darstellung der Lagerung des

Motors auf der Kurbelwelle,

Figur 6 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Kurbeltriebes mit einem Gelenkantrieb und

Figur 7 eine mögliche Anordnung der erfindungsgemäßen Presse in einer

Pressenstraße. Nach Figur 1 besteht die Presse 21 zumindest aus einem Pressenrahmen 9, einem darin gelagerten Tisch 8 und einem mittels zumindest eines

Kurbeltriebs 12 angetriebenen Stößel 5. Vorzugsweise wird diese Presse 21 zur Einarbeitung von Werkzeugen 15 oder zur Herstellung von Werkstücken (nicht dargestellt) mittels zumindest einem Fertigungsverfahren in einem Werkzeug 15 verwendet, wobei das Werkzeug zumindest aus einem

Werkzeugoberteil 6 an dem Stößel 5 und einem Werkzeugunterteil 7 an dem Pressentisch 8 besteht. Als Kurbeltrieb 12 ist zumindest eine Kurbelwelle 1 mit zumindest einem Kurbelzapfen 2 und zumindest einer Pleuelstange 3 angeordnet, wobei als Motor 14 für den Antrieb der Kurbelwelle 1 zumindest ein direkt die Kurbelwelle 1 antreibender Direktantrieb vorgesehen ist. In dem Kurbeltrieb 12, auch Exzenterantrieb genannt, kann anstelle der Pleuelstange 3 oder zwischen der Pleuelstange und dem Kurbelzapfen ein Gelenktrieb oder eine Schubkurbel oder ähnliche Zwischenvorrichtungen angeordnet sein, die üblicherweise zur Hubhöhenverstellung, aus

Sicherheitsgründen oder zur Einstellung der Sinuskurve des

Bewegungsverlaufes des Stößels benutzt werden.

Insbesondere ist zum Antrieb eines Kniehebeltriebs, eines Gelenktrieb, einem weiteren Kurbeltrieb oder einer Kombination daraus der Kurbeltrieb 12 mit diesen wirkverbunden angeordnet, wobei diese wiederum abtriebsseitig mit dem Stößel 5 wirkverbunden angeordnet sind.

Nach Figur 2 ist der Motor im Wesentlichen angrenzend zu einem

Kurbelzapfen 2 an der Kurbelwelle 1 angeordnet. Je nach Ausführungsform und Definitionslage kann eine so genannte Kurbelscheibe im oder am Motor integriert sein. Bevorzugt ist dabei der Stator des Motors so ausgeführt, dass dieser die Funktion der Kurbelscheibe übernimmt und den Kurbelzapfen außerhalb der Mittelachse der Kurbelwelle 1 führt.

Bevorzugt ist ein Rotor (10) oder wesentliche Teile des Rotors (10) eines Motors (10) mit zumindest einem Kurbelzapfen (2) und/oder einem Teil der Kurbelwelle (1 ) als ein einstückiges Maschinenelement ausgeführt.

Bei zwei angeordneten Kurbelzapfen (2) auf der Kurbelwelle (1 ) kann zumindest ein Motor (14) zwischen den Kurbelzapfen (2) angeordnet sein.

Wie aus den Figur 2 und 3 ersichtlich kann der Rotor 10 des Motors 14 auf der Kurbelwelle angeordnet sein, wobei nach Figur 2 jeweils eine

Steckachse 27 einen Kurbeltrieb 12 führt, der mittels Lager 29 auf der

Steckachse 27 gelagert ist. Bei dieser Ausführung dreht sich bevorzugt nur das Exzenterrad 26, das als ein einstückiges Maschinenelement den

Kurbelzapfen 2 und den Rotor 10 ausbildet. Bereits hier zeigt sich die extremste Minimierung der bewegten Masse für eine Presse 21.

Ausgehende von dem Aufbau können die zwei Lager 29 zwischen der Steckachse 27 und dem auf der Steckachse 27 sich drehbar gelagerten Exzenterrad 26 auch als ein zusammenhängendes Hauptlager 29 ausgeführt werden. Zum Drehmomentenausgleich und/oder zur Lagerung des Motors 14 ist eine Halterung 30 vorgesehen, die oben mit dem Pressenrahmen 9 verbunden ist. Der Motor 14 weist als Direktantrieb in der Regel einen Stator 4 mit einer Antriebswicklung 23 und einen darin angeordneten Rotor 10 mit Permanentmagneten 23 und wäre dann als ein Permanent-Magnet-Motor ausgeführt. Nach Figur 3 ist bei zumindest zwei Kurbelzapfen 2 auf einer Kurbelwelle 1 zumindest ein Motor 14 zwischen den Kurbelzapfen 2 angeordnet.

Insbesondere ist bei einer Mehrzahl an Motoren oder Kurbelzapfen eine symmetrische Anordnung zu bevorzugen. Es kann also vorgesehen sein, dass bei mehreren Motoren 14 und mehreren Kurbelzapfen 2 zumindest zwei Motoren 14 symmetrisch zu einer der Mittelachsen des

Pressenrahmens und/oder einer der Mittelachsen des Stößels 5 und/oder zum Längsmittelpunkt der Kurbelwelle 1 und/oder zur Anordnung der Kurbelzapfen 2 auf der Kurbelwelle 1 angeordnet sind. Von Vorteil wäre auch, wenn der Rotor 10 des Motors 14 und die Kurbelwelle 1 und/oder der Kurbelzapfen 2 aus einem einstückigen Maschinenelement bestehen. Auch kann in dem Kurbeltrieb 12 eine Höhenverstellung für den Hub des Stößels 5 angeordnet sein. Eine Überlastsicherung 11 bewahrt die Presse bei

Störfällen vor größeren Schäden und entkoppelt im Schadensfall die

Pleuelstangen 3 vom Stößel 5.

Vorzugsweise ist der Stator 4 des Motors 14 mit einer Halterung 30 zur Aufnahme der Reaktionsdrehmomente im Wesentlichen innerhalb des Pressenrahmens 9 und/oder dem Kopfbereich oberhalb des auf- und abfahrenden Stößels 5 angeordnet. Alternativ kann der Stator 4 des Motors 14 zur Kurbelwelle 1 und/oder zum Rotor 10 ohne eine Lagerung angeordnet sein. In den Figuren 4 und 5 ist der Stator 4 koaxial zur Kurbelwelle 1 und/oder der Rotor über die Lager der Kurbelwelle geführt. Dabei kann der Stator 4 eines Motors 14 auf einem Lager 31 an dem Rotor 10 angeordnet sein und zur Kompensation der auftretenden Drehmomente an dem Stator 4 eine

Drehmomentenstütze 32 mit Verbindung zum Pressenrahmen 9 sinnvoll erscheinen. Insbesondere nach Figur 4 zeigt sich, dass bei zwei

angeordneten Kurbelwellen 1 jeder Stator 4 eines Motors 14 auf einem Lager 31 an dem Rotor 10 angeordnet ist und zur Kompensation der auftretenden Drehmomente an den Statoren 4 eine Drehmomentenstütze 32 mit Verbindung zum Motor 14 auf der benachbarten Kurbelwelle 1

angeordnet eine gegenseitige Abstützung der Drehmomente ermöglicht. Dies hat insbesondere Vorteile hinsichtlich der Schwingungsübertragung auf den Pressenrahmen 9.

Wie dargestellt kann der Motor 14 und der Kurbeltrieb 12 innerhalb einer durch den Pressenrahmen 9 gebildete Tragkonstruktion angeordnet sein, wobei bei derartigen Pressenrahmen insbesondere eine Presskraft von über 200 Tonnen, bevorzugt über 500 Tonnen, besonders bevorzugt von über 800 Tonnen bewirkt werden kann. Insbesondere ist bei derartigen Pressen der Hub des Stößels 5 von über 300 m, bevorzugt über 600 mm, besonders bevorzugt von über 900 mm möglich. Bevorzugt wird die Presse 21 für ein Fertigungsverfahren, das zumindest das Urformen, das Trennen, das Fügen, das Beschichten und/oder das Umformen, insbesondere das

Metallumformen, umfasst, verwendet. Figur 6 zeigt anstelle eines Kurbeltrieb 12, der anstelle der Pleuelstangen 3 einen Gelenkantrieb 33 aufweist. Figur 7 zeigt die Verwendung der Presse 21 als Kopfpresse 18 einer Pressenstraße 17, als Einarbeitungspresse für Werkzeuge 15 einer

Pressenstraße 17 und/oder als zumindest eine Transferpresse 16 in einer Transferpressenstraße 17 und/oder als Vorpresse 19 in Fertigungsrichtung 20 vor einer Transferpressenstraße 17.

Im Rahmen der Erfindung kann auch zumindest ein Rotor 10 des Motors 14 mit einer fliegenden Lagerung an zumindest einem Ende der Kurbelwelle 1 angeordnet sein kann, sofern die die Ausführung als einstückiges

Maschinenelement von Rotor bis zum Kurbelzapfen gewährleistet ist. Der Motor respektive der Rotor des Motors befindet sich dann außerhalb der Hauptlagerung der Kurbelwelle bzw. der tragenden Struktur respektive des Pressenrahmens der Presse.

Vorzugsweise sind die Lager 24 der Kurbelwelle 1 in aus dem

Pressenrahmen 9 entnehmbaren Lagerschildern angeordnet, damit eine

Öffnung mit einem Montagedurchmesser im Pressenrahmen eröffnet werden kann, die vom Durchmesser her vorzugsweise gleich oder größer als der Durchmesser des Rotors auf der Welle respektive des größten Durchmessers auf der Welle entspricht. Es kann bei der Montage hilfreich sein, dass eine in der Längsachse zumindest einmal geteilte Kurbelwelle 1 in der Presse angeordnet ist, die beispielsweise eine Flanschverbindung, abnehmbare Lagerzapfen oder eine Welle/Nabe-Verbindung aufweist.

Besonders bevorzugt ist der Rotor 10 auf der Kurbelwelle 1 unlösbar angeordnet. Hierzu kann zur Verbindung des Rotors 12 mit der Kurbelwelle 1 eine Schrumpfpassung, eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung, eine Reibschweißverbindung, eine Verklebung und/oder eine andere untrennbare Fügeverbindung verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführung des Rotors 10 wären Nuten und/oder Vertiefungen zur Aufnahme der

Permanentmagneten 22, die erst nach der Fertigstellung des einstückigen Maschinenelements eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste:

1. Kurbelwelle 20 18. Kopfpresse

2. Kurbelzapfen 19. Vorpresse

3. Pleuelstange 20. Fertigungsrichtung

4. Stator 21. Presse

5. Stössel 22. Permanentmagnet

6. Werkzeugoberteil 25 23. Antriebswicklung

7. Werkzeugunterteil 24. Lager in 9

8. Tisch 25. Lagerdeckel

9. Pressenrahmen 26. Exzenterrad

10. Rotor 27. Steckachse

11. Überlastsicherung 30 28. Montageöffnung

12. Kurbeltrieb 29. Lager für 26

13. 30. Halterung

14. Motor 31. Motorlager

15. Werkzeug 32. Drehmomentenstütze

16. Transferpresse 35 33. Gelenkantrieb

17. Transferpressenstraße